1-битные вычисления - 1-bit computing

В компьютерной архитектуры , 1-битные целые числа или другие данные блоки являются те , которые являются 1 бит (1/8 октета ) в ширину. Кроме того, 1-битные архитектуры центрального процессора (ЦП) и арифметико-логического устройства (АЛУ) основаны на регистрах такого размера.

Не существует компьютеров, микроконтроллеров любого типа, таких как программируемые логические контроллеры, которые были бы исключительно 1-битными для всех регистров и адресных шин . 1-битный регистр может хранить только 2 1 различных значения, то есть 0 или 1, или они могут означать, например, включено и выключено. Это очень ограничительно, например, недостаточно для программного счетчика (который в современных системах реализован во встроенном регистре), который не реализован на кристалле в некоторых 1-битных системах. Коды операций по крайней мере для одной 1-битной архитектуры процессора были 4-битными, а адресная шина была 8-битной.

Хотя 1-битные процессоры устарели, первый компьютер с углеродными нанотрубками представляет собой 1-битный компьютер с одним набором команд (и имеет всего 178 транзисторов).

1 бит

Последовательный компьютер обрабатывает данные по одному биту за раз. Например, PDP-8 / S был 12-битным компьютером с 1-битным ALU, обрабатывающим 12 бит последовательно.

Примером 1-битного компьютера, построенного из микросхем SSI с дискретной логикой, является калькулятор Wang 500 (1970/1971), а также текстовый процессор Wang 1200 (1971/1972) от Wang Laboratories .

Примером 1-битной архитектуры, которая продавалась как ЦП, является промышленный блок управления (ICU) Motorola MC14500B , представленный в 1977 году и производившийся по крайней мере до середины 1990-х годов. В его руководстве говорится:

[..] Компьютеры и микрокомпьютеры также могут использоваться, но они, как правило, слишком усложняют задачу и часто требуют высококвалифицированного персонала для разработки и обслуживания системы. Было представлено более простое устройство, предназначенное для работы с входами и выходами по одному и сконфигурированное так, чтобы напоминать релейную систему. Эти устройства стали известны в индустрии управления как программируемые логические контроллеры (ПЛК). Промышленный блок управления (ICU) Motorola MC14500B представляет собой монолитное воплощение центральной архитектуры ПЛК [..]

Есть функции, для которых однобитовые машины плохо подходят. [..] В некоторых случаях комбинация MC6800 MPU и MC14500B ICU может быть лучшим решением. [..]

Программа Счетчик программного счетчик состоит из двух двоичных MC145168 стадий до счетчиков сцепленных вместе , чтобы создать 8 битые адрес памяти. Это дает системе возможность адресовать 256 отдельных слов памяти. Счетчики сконфигурированы для подсчета нарастающего фронта сигнала синхронизации ICU (CLK) и сбрасываются в ноль при сбросе ICU. Обратите внимание, что последовательность счетчика программ не может быть изменена никакими операциями ICU. Это подтверждает, что система сконфигурирована так, чтобы иметь циклическую структуру управления.

объем памяти

Память этой системы состоит из одной ППЗУ MCM7641 размером 512 слов на 8 бит. Поскольку программный счетчик имеет ширину всего 8 бит, в любой момент можно использовать только 256 слов (половина памяти). Однако, связав старший или младший бит адреса памяти, разработчик системы может выбирать между двумя отдельными программами с помощью только опции перемычки. Это может быть желательной функцией, если требуются очень быстрые изменения системы.

-  РУКОВОДСТВО ПО ПРОМЫШЛЕННОМУ БЛОКУ УПРАВЛЕНИЯ MC14500B

Одним из известных компьютеров, основанных на этом процессоре, был 1-битный компьютер WDR . Типичная последовательность инструкций из программы для 1-битной архитектуры может быть следующей:

  • загрузить цифровой вход 1 в 1-битный регистр;
  • ИЛИ значение в 1-битном регистре со входом 2, оставив результат в регистре;
  • записать значение в 1-битном регистре на выход 1.

Эта архитектура считалась лучшей для программ, принимающих решения, а не для выполнения арифметических вычислений, для релейной логики, а также для последовательной обработки данных.

В академических кругах также проводится несколько исследований по проектированию 1-битных архитектур, и соответствующая 1-битная логика также может быть найдена в программировании.

Другими примерами 1-битных архитектур являются программируемые логические контроллеры (ПЛК), запрограммированные в списке команд (IL).

Несколько первых компьютеров с массовым параллелизмом также использовали 1-битную архитектуру процессоров. Примеры включают Goodyear MPP и Connection Machine . Используя 1-битную архитектуру для отдельных процессоров, можно было построить очень большой массив (например, машина подключения имела 65 536 процессоров) с использованием технологии микросхем, доступной в то время. В этом случае медленное вычисление 1-битного процессора было проиграно большому количеству процессоров.

1-битные процессоры теперь можно считать устаревшими; когда-либо производилось не так много разновидностей микросхем MC14500B, тем не менее, с 2021 года некоторые микросхемы MC14500B доступны у брокеров для получения устаревших запчастей.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

Внешние ссылки